3D打印手術導板輔助骶髂螺釘置釘治療骶骨骨折

游木榮，樊志強，葉海民，董謝平，鄒華春

(1.江西省人民醫院骨科，江西 南昌 330006；2.江西省人民醫院影像科，江西 南昌 330006)

骶骨是維持骨盆后環穩定性的重要組成部分，骶骨骨折多由交通傷、高處墜落傷等高能量暴力損傷引起，約占全部骨盆骨折的30%[1]。髂骶關節螺釘用于治療不穩定的骶骨縱行骨折，生物力學性能良好，已經成為治療垂直骶骨骨折的常用內固定裝置，可以切開或經皮置入[2]。經皮固定具有微創、出血少、并發癥低等優點，但技術上具有挑戰性。由于骶髂螺釘進釘點缺乏可靠的骶髂解剖及放射學標志，徒手經皮C型臂透視下置釘容易導致螺釘穿破骨皮質引起骶神經、髂內動靜脈、閉孔神經及盆腔內重要臟器的損傷[3-5]，因此如何提高置釘準確性是急需解決的問題。

隨著數字骨科和3D打印技術的發展，將導板應用于骨科部位的復雜螺釘置入技術已比較成熟。國內多家醫院已開始采用3D打印個體化導板來輔助骶髂關節螺釘置釘，術中通過導板的導向孔，精確引導骶髂螺釘置入，有效減少置釘產生的并發癥[6-7]。

江西省人民醫院自2018年1月到2021年6月期間，采用個體化的3D打印手術導板輔助骶髂關節螺釘置釘治療不穩定的Denis Ⅰ、Ⅱ型骶骨骨折10例，臨床效果滿意，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：(1)年齡大于18歲；(2)新鮮骨折，受傷時間小于3周者；(3)Denis Ⅰ、Ⅱ型骶骨縱行骨折不合并骶神經損傷者；(4)骶骨骨折通過閉合牽引達到復位標準者；(5)隨訪時間≥12個月。排除標準：(1)S1或S2椎體發育畸形者；(2)嚴重的骨質疏松者；(3)S1椎體粉碎性橫向骨折或移位無法閉合復位者；(4)骶骨骨折影像學顯示骶孔有骨塊嵌入或伴有骶神經損傷者；(5)合并其他器官嚴重病變不能耐受手術者。

本研究共納入10例患者，年齡19～62歲，平均(34.72±12.45)歲；受傷機制：車禍傷6例，高處墜落傷3例，塌方砸傷1例。Denis分型：Ⅰ型骨折4例，Ⅱ型骨折6例；受傷至手術時間為5～16 d。

1.2 骶骨骨折模型及骶髂螺釘置釘導板的制備 入院后對骶骨骨折移位的患者進行骨牽引復位，待骨折移位基本糾正后再進行全骨盆CT薄層掃描。掃描參數為：電壓120 kV，矩陣512×512，層厚為0.625 mm，數據以DICOM格式導入Mimics19.0軟件進行三維重建；使用Mimics軟件的Medcad模塊繪制出直徑7.3 mm的圓柱體，該圓柱體可被自由移動和旋轉，將髂骨及骶椎透明化，在各個角度觀察下將圓柱體跨骶髂關節在S1或S2椎體上模擬置入骶髂螺釘；根據骶椎具體情況設計單枚S1螺釘、2枚S1螺釘、單枚S2螺釘或S1S2螺釘之間的組合，以圓柱模擬骶髂螺釘，調整圓柱位置使其始終處于骶骨骨性結構內，以此模擬出置釘的安全通道。選取髂后上棘后部與髂骨翼后下方外板骨性結構區域為蒙板區，膨脹增厚3 mm形成置釘導板的基座，以直徑7.3 mm的圓柱體為中心繪制出直徑11 mm和6 mm的圓柱體，通過布爾運算生成內徑6 mm、外徑11 mm的空心導管并與基座連接，完成導板的設計。最后將設計好的導板以STL格式數據導入3D打印機，以光敏樹脂為原料打印制作出導板。共設計和打印出10個骨盆骶骨模型及13個導板。

1.3 手術方法及導板的使用 術前通過3D打印的技術得到1︰1的骨盆骶骨骨折模型及配套的骶髂螺釘置釘導板，直觀了解骨折具體情況，將導板與打印的骨盆骨折復位模型髂后上棘貼服，通過導板進行骶髂螺釘置釘模擬演練，觀察導板引導置釘準確(見圖1)。

患者全麻，取俯臥位，沿髂后上棘表面皮膚做8 cm弧形切口，剝離周圍的軟組織，顯露髂后上棘及周圍部分髂嵴，按術前演練的方法，主刀醫生將預先消毒好的導板緊密貼服于術前選定的髂嵴及髂骨外板粗糙面，確認貼服緊密無松動；沿導板導向孔用電鉆鉆入1枚直徑2.5 mm，長25.0 cm的克氏針，根據術前設計模擬螺釘長度控制克氏針進入深度，C型臂透視骨盆正側位、出入口位片，仔細確認克氏針位置及進入深度。取下導板，再次準確測量螺釘置入長度后，擰入直徑7.3 mm空心拉力螺釘，C型臂再次透視確認骨盆骨折復位情況及螺釘位于骶椎椎體內，拔除克氏針，沖洗后縫合傷口。合并骨盆其他部位骨折者，根據骨折情況術中切開或微創經皮置入重建鋼板或螺釘以固定骨折部位。10例患者中，共使用13個導板，其中3例患者雙側置釘，共置釘23枚。

1.4 隨訪及置釘效果

1.4.1 影像學評價置釘安全性 術后10例患者均復查骨盆正位、出口位及入口位X線片、CT薄層平掃及三維重建。通過橫斷面、冠狀面、矢狀面判斷螺釘的位置、置釘準確性參照Smith等[8]介紹的方法：(1)0級：螺釘完全位于骶椎椎體內；(2)Ⅰ級：螺釘穿破骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分2 mm；(3)Ⅱ級：螺釘穿破骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm；(4)Ⅲ級：螺釘穿破骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm。0級定義為置釘準確。

1.4.2 Mimics軟件評價置釘精確性 將所有患者術后復查的CT掃描數據再次以DICOM格式導入Mimics19.0軟件，重建螺釘和骨盆三維模型，將置釘前后的骨盆模型進行擬合，擬合后測量并比較術前模擬螺釘軌跡及術后實際螺釘軌跡：在橫斷面上投影與椎體正中矢狀面的夾角(transverse angle，TA)，在冠狀面上的投影與水平面的夾角(coronal angle，CA)。

1.4.3 功能隨訪 末次隨訪采用Majeed功能評分系統[9]，評價內容包括疼痛30分，工作20分，坐10分，性功能4分，站36分(其中輔助行走12分、步態12分、步行距離12分)5個指標，總分為100分。85～100分為優，70～84分為良，55～69分為中，<55分為差，觀察并發癥情況。

2 結 果

2.1 置釘的準確率 本研究10例病例共使用骶髂關節螺釘引導導板13個，共置入23枚螺釘(3例雙側置釘)，骶髂螺釘置入過程順利，操作簡便，導航模板貼合錨定性良好，通過對置釘后骨盆標本三維CT橫斷面及矢狀面進行評價，置入的23枚骶髂螺釘中，按照Smith法判定準確性：22枚完全位于骶椎椎體內，判定為0級，準確率95.65%；僅1枚穿出骶椎進入骶管，評為Ⅰ級(4.34%)。

2.2 置釘的精確性 10例患者共23枚螺釘均穿透骶髂關節進入骶椎椎體內，Mimics軟件中測量術前模擬螺釘軌跡TA角(78.06±1.98)°，CA角(7.23±1.39)°，術后復查測量實際螺釘軌跡TA角(77.67±1.76)°，CA角(6.24±1.05)°，兩者比較差異均無統計學意義(P>0.05)，說明術前模擬螺釘軌跡與術后實際螺釘軌跡高度一致，兩者進釘角度差異無統計學意義(見表1)。

表1 術前模擬螺釘軌跡與術后實際螺釘軌跡測量角度值比較

2.3 隨訪及功能結果 本研究10例患者全部得到隨訪，隨訪時間12～28個月，平均(15.45±4.68)個月，末次隨訪時骶骨骨折均達到臨床愈合，無螺釘松動、斷裂、移位現象，無一例發生醫源性血管、神經損傷并發癥。末次隨訪依據Majeed功能評分標準進行療效評價，優8例，良2例。

2.4 典型病例 (1)31歲男性患者，高處墜落傷，診斷為雙側骶骨DenisⅡ型縱行骨折，左側脛腓骨骨折。傷后7 d行3D打印手術導板輔助骶髂螺釘置釘骶骨骨折內固定、左脛腓骨骨折切開復位內固定術，術中操作順利，術后X線片顯示骶骨骨折內固定良好。手術前后影像學資料見圖1～4。(2)42歲男性患者，不慎被機器夾擠骨盆前后，診斷為骨盆骨折C3型、尿道斷裂。傷后急診行泌尿外科尿道會師恥骨上膀胱造瘺術，10 d后行3D打印導板引導下的C3型骨盆骨折全螺釘內固定術，術中操作順利，術后X線片及CT顯示骶骨骨折內固定良好。手術前后影像學資料見圖5～8。

圖1 術前X線片及CT示骶骨縱行骨折 圖2 術前骨盆三維重建與骶髂螺釘置釘導板設計

圖3 術中3D打印導板輔助骶髂螺釘置入 圖4 術后X線片及CT示螺釘位置滿意

圖5 術前X線片及三維CT示C3型骨盆骨折 圖6 骨盆骶髂關節螺釘、恥骨螺釘、髖臼螺釘通道虛擬路徑設計

圖7 術中骶髂螺釘導板引導下置入骶髂關節螺釘 圖8 術后X線片及CT三維重建示位置滿意，并進行螺釘角度測量(CA角、TA角)

3 討 論

3.1 骶骨骨折的治療現狀 不穩定骶骨骨折常用的內固定方式包括后方張力帶鋼板固定、髂腰釘棒固定、三角固定等[10-12]。后方經皮張力帶鋼板能較好地維持骨盆后環水平方向的穩定性，但是無法提供脊柱骨盆間的垂直穩定性。髂腰釘棒固定多用于復雜骶骨骨折或脊柱骨盆分離的嚴重骨折，生物力學研究證實其穩定性是后路骨盆固定中最佳的，可以重建骨盆環與腰骶關節的穩定性，有助于患者早期負重活動，但缺點是手術創傷大、有切口感染、髂骨螺釘凸起壓迫皮膚等并發癥。而骶髂關節螺釘具有創傷小、感染風險低、患者功能恢復快、固定牢靠等優點，已經成為治療骶骨骨折及骶髂關節損傷的有效方法。目前常用的骶髂螺釘固定方式有：單枚S1螺釘、單枚S2螺釘、2枚S1螺釘、單枚S1或2枚S2螺釘或單枚S2螺釘的組合、S1貫穿螺釘等。但是由于骶髂關節及骶解剖結構復雜，操作不當會導致螺釘穿透骶骨皮質損傷骶椎周圍的血管神經。為避免這種潛在的并發癥，國內外學者對置釘技術進行了大量的探索和實踐[13-15]，如O型臂手術導航系統、3D打印個體化導航模板、雙平面機器人導航、骶髂螺釘內固定導向器等，這些先進的輔助置釘技術提高了置釘的安全性和精確性。但O型臂導航系統及機器人導航雖可明確提高置釘準確性，X線輻射量低，但這種技術需要配置價格昂貴的設備、操作復雜、成本高、學習曲線長、難以得到廣泛應用。目前哪種技術輔助骶髂關節螺釘置入最佳尚無定論。

3.2 3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘治療骶骨骨折的優勢 3D打印骶髂關節導板是依據骨盆CT掃描數據，通過軟件設計的而得到的釘道導向模板，為置入骶髂螺釘提供了一種簡便的導向裝置，實現了螺釘快速精準微創置入[16]。術前通過CT數據采用3D打印技術構建骨盆三維模型，計算機上模擬設計骶髂關節螺釘進釘點、螺釘方向及螺釘置入長度，并設計配套的導板；通過3D打印得到1︰1骨盆骶骨骨折實物模型，在骨盆模型上通過導板模擬螺釘的置入并觀察通道的準確性；術中將導板與髂后上棘及鄰近的髂棘貼服，在導板引導下置入骶髂螺釘，降低了手術難度，臨床實用價值較高。Wu等[17]回顧性分析了19例采用3D打印手術導板輔助骶髂螺釘置入的骶骨骨折患者，共置入42枚螺釘(30枚置入S1，12枚置入S2)；通過髂后上棘約5 cm的切口，剝離軟組織顯露骨面，將導板與之貼服，通過導板成功置釘，實現了骶髂螺釘快速、精準的置入，沒有發生血管神經的損傷。劉毅等[18]采用3D打印導板引導骶髂螺釘置釘治療5例骨盆后環骶髂關節復合體損傷患者，先獲取患者術前骨盆CT掃描數據，導入Mimic軟件三維重建骨盆骨折三維模型，采用計算機模擬骶髂關節螺釘進釘點及進釘通道并設計骶髂螺釘釘道導板，最后打印出骨折模型和導板實體，在術前進行模擬試驗。研究表明，應用3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘，手術簡便，可快速、準確置入骶髂螺釘。

本研究中，筆者通過3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘治療10例骶骨骨折患者，共置入骶髂螺釘23枚，22枚完全位于骶椎椎體內，評為0級，準確率95.65%；另外1枚穿出骶椎進入骶管評為Ⅰ級(4.34%)，但沒有骶神經癥狀，末次隨訪時骶骨骨折均達到臨床愈合，無內固定失敗及骶血管、神經損傷并發癥。末次隨訪依據Majeed功能評分標準進行療效評價，優8例，良2例。術前模擬螺釘軌跡與術后實際螺釘軌跡高度一致，兩者進釘角度差異無統計學意義，進一步證明3D打印導板輔助置入骶髂螺釘準確，安全性高，療效確切。

3.3 3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘的局限性 采用該方法也有一定的缺陷，力學穩定性要弱于髂腰釘棒固定，也存在螺釘內固定把持不足風險，僅適用于骶骨垂直骨折通過牽引能基本復位者；復位不佳的骶骨解剖結構錯亂，置釘的安全性低，需要行切開復位后才能行骶髂螺釘固定；如果骶骨骨折同時合并骶神經癥狀，需先行骶管切開減壓骶神經探查才能置釘；一些特殊的病例不宜采用該方法：如骶骨變異、骶骨骨缺損、嚴重的骨質疏松等。而且導板的正確放置至關重要，如導板與骨面貼服有誤差，也可能會導致螺釘位置偏移引起醫源性血管神經損害，且放置導板時需切開剝離導板底座骨面的軟組織，顯露髂后上棘骨性標志，較傳統經皮置釘創傷更大。同時也需要結合術中C型臂透視確認導針位置，才能實現一次性置釘。

總之，3D打印導板引導骶髂螺釘置釘治療骶骨縱行骨折，準確、安全、有效、降低了手術難度，操作簡便，實現了此種類型骨折的快速、微創、精準治療，但本研究病例數不多，還需進一步積累手術量和觀察遠期療效。